專利名稱：滑動(dòng)軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車或其他工業(yè)機(jī)器的內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī))中使用的滑動(dòng)軸承。
背景技術(shù)：
用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的滑動(dòng)軸承通常由帶有基于鉛的覆蓋層的鋁合金或銅鉛合金制成。在這類滑動(dòng)軸承技術(shù)中，迄今為止已經(jīng)實(shí)踐了通過(guò)用涂覆層包覆軸承合金層的表面，以提高滑動(dòng)軸承的耐磨耗性、抗咬合性和初始適應(yīng)性，該涂層包含有結(jié)合到樹脂例如聚酰胺-酰亞胺、聚酰亞胺和環(huán)氧樹脂中的固體潤(rùn)滑劑。
例如，專利參考1(JP-A-4-83914)披露了使用一種含有在鋁軸承合金表面上形成的涂層的滑動(dòng)軸承材料，該涂層由55-90wt％的固體潤(rùn)滑劑和10-45wt％的基于聚酰亞胺的粘合劑構(gòu)成，使其可以提高鋁合金軸承的初始適應(yīng)性并且具有優(yōu)良的抗疲勞性和抗咬合性。
另外，專利參考2(JP-A-7-247493)披露了將成膜助劑加到固體潤(rùn)滑劑膜中，該固體潤(rùn)滑劑膜由70-97wt％的固體潤(rùn)滑劑和3-30wt％的選自聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂的樹脂構(gòu)成，使其可以提供固體潤(rùn)滑劑的穩(wěn)固保持性和好的適應(yīng)性，好的適應(yīng)性得到了優(yōu)良的抗咬合性，阻止了剝離并因此提高了耐磨耗性。
另一方面，專利參考3(JP-A-2002-61652)披露了一種含有在軸承合金層上形成的樹脂涂層的滑動(dòng)軸承，該樹脂涂層分別含有70-30vol％的柔軟的且高溫可伸長(zhǎng)的熱固性樹脂和30-70vol％的固體潤(rùn)滑劑，并且具有20或更小的維氏硬度Hv，該熱固性樹脂在25℃的拉伸強(qiáng)度為70-110MPa，伸長(zhǎng)率為7-20％，在200℃的拉伸強(qiáng)度為15MPA或更高，伸長(zhǎng)率為20％或更多。該滑動(dòng)軸承與專利參考1和2的那些相比，初始適應(yīng)性和抗咬合性優(yōu)良，但還希望改進(jìn)汽車高速發(fā)動(dòng)機(jī)所需的物理性能。
近年來(lái)，為了較高的輸出功率和較高的旋轉(zhuǎn)速度，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能已經(jīng)顯著地提高，并且希望出現(xiàn)滑動(dòng)性能，特別是初始適應(yīng)性和抗咬合性優(yōu)良，以及耐用性和耐熱性優(yōu)良的滑動(dòng)軸承。
JP-A-4-83914[專利參考2]JP-A-7-247493[專利參考3]JP-A-2002-61652發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良初始適應(yīng)性和抗咬合性以及高的耐用性和耐熱性的滑動(dòng)軸承，其對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)是尤其需要的。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有如下構(gòu)造的滑動(dòng)軸承以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的。
(1)一種滑動(dòng)軸承，其包括形成于軸承合金層上的含有樹脂和固體潤(rùn)滑劑的涂層，特征在于所述涂層的樹脂是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為150℃-250℃的樹脂。
(2)如條款(1)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂是聚酰胺-酰亞胺樹脂。
(3)如條款(1)或(2)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為180℃-220℃。
(4)如條款(1)-(3)中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂具有在25℃為5％-60％或在200℃為20％-120％的伸長(zhǎng)率。
(5)如條款(1)-(3)中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂具有在25℃為10％-50％或在200℃為50％-110％的伸長(zhǎng)率。
(6)如條款(1)-(5)中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂具有在25℃為20％-30％或在200℃為60％-90％的伸長(zhǎng)率。
(7)如條款(1)-(6)中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中在涂層中上述固體潤(rùn)滑劑的含量為30-70vol％。
(8)如條款(1)-(7)中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述固體潤(rùn)滑劑是選自二硫化鉬、二硫化鎢、石墨和氮化硼中的至少一種。
(9)如條款(1)-(8)中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其在內(nèi)燃機(jī)中使用。
為了提高在高速下的初始適應(yīng)性和抗咬合性，當(dāng)油膜局部變薄時(shí)，必然引起固體接觸、覆蓋層(樹脂涂層)迅速磨蝕或變形的風(fēng)險(xiǎn)，所以必須確保流體層的厚度。迄今為止，這已經(jīng)通過(guò)增加固體潤(rùn)滑劑的數(shù)量來(lái)應(yīng)付使用，但當(dāng)固體潤(rùn)滑劑的數(shù)量增加太多時(shí)，液體層變脆并且當(dāng)剝離時(shí)引起容易咬合，破壞了初始適應(yīng)性。于是，粘合固體潤(rùn)滑劑的樹脂被改進(jìn)成具有令人滿意的伸長(zhǎng)率和低的高溫拉伸強(qiáng)度的樹脂，以提供高的適應(yīng)性和抗咬合性，并且提高樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而能夠提供具有不破壞耐熱性和耐用性的固體潤(rùn)滑劑樹脂涂層，于是完成了本發(fā)明。
實(shí)施本發(fā)明的最好方式本發(fā)明的滑動(dòng)軸承將在下文中進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的滑動(dòng)軸承是一種包括形成于軸承合金層上、含有樹脂和固體潤(rùn)滑劑的涂層(此后有時(shí)稱作樹脂涂層)的滑動(dòng)軸承，特征在于所述涂層的樹脂是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為150℃-250℃的樹脂。
所希望的能夠在涂層中使用的樹脂并不特別限定只要滿足上述要求即可，其特定的例子包括熱塑性樹脂例如聚酰亞胺樹脂、聚酰胺-酰亞胺樹脂和其二異氰酸酯、BPDA和砜改性物以及熱固性樹脂例如環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂。特別地，在本發(fā)明中優(yōu)選使用聚酰胺-酰亞胺樹脂。
在本發(fā)明的涂層中使用的樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為150℃-250℃，優(yōu)選為180℃-220℃?？梢酝ㄟ^(guò)差示熱分析儀測(cè)量玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
通過(guò)將玻璃化轉(zhuǎn)變溫度預(yù)先確定在以上定義的范圍內(nèi)，可以阻止在高溫下樹脂涂層的熱劣化并且可以提高樹脂涂層的耐熱性。
在本發(fā)明的涂層中使用的樹脂的伸長(zhǎng)率在25℃優(yōu)選為5％-60％，更優(yōu)選為10％-50％，特別為20％-30％。
另外，在本發(fā)明的涂層中使用的樹脂的伸長(zhǎng)率在200℃優(yōu)選為20％-120％，更優(yōu)選為50％-110％，特別為60％-90％。
而且，特別優(yōu)選的是在本發(fā)明的涂層中使用的樹脂具有在25℃為5％-60％或在200℃為20％-120％的伸長(zhǎng)率。
通過(guò)將樹脂的伸長(zhǎng)率設(shè)定在以上定義的范圍，則可以阻止在軸承接觸期間樹脂涂層中的破裂并且可以提高初始適應(yīng)性。在本發(fā)明的涂層中使用的樹脂的拉伸強(qiáng)度沒(méi)有特別限定，但優(yōu)選低的，特別是在高達(dá)200℃的溫度下。
在本發(fā)明中，上述伸長(zhǎng)率根據(jù)ASTMD-1708測(cè)量。
能夠滿足上述對(duì)于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和伸長(zhǎng)率要求的聚酰胺-酰亞胺樹脂可以通過(guò)如下方式獲得將未固化的樹脂的數(shù)均分子量預(yù)先確定到20,000或更高以減少末端交聯(lián)點(diǎn)的數(shù)目，并且加入含環(huán)氧基團(tuán)的聚合物以加速固化。
可以在本發(fā)明中使用的固體潤(rùn)滑劑沒(méi)有限制，但可以例舉出二硫化鉬(MoS2)、石墨(黑鉛)、BN(氮化硼)、二硫化鎢(WS2)、PTFE(聚四氟乙烯)、氟樹脂、鉛等。它們可以單獨(dú)或以其兩種或多種組合使用。
石墨可以是天然的或人造的，當(dāng)從耐磨耗性的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選人造石墨。
這些固體潤(rùn)滑劑作用是降低并穩(wěn)定摩擦系數(shù)以及具有適應(yīng)性。為了使之充分地具有這些作用，固體潤(rùn)滑劑的平均顆粒直徑優(yōu)選為15μm或更小，特別為0.2-10μm。在這些固體潤(rùn)滑劑當(dāng)中優(yōu)選的是二硫化鉬、二硫化鎢、石墨(黑鉛)和氮化硼。
在本發(fā)明中，涂層中固體潤(rùn)滑劑的含量?jī)?yōu)選為30-70vol％，更優(yōu)選為30-50vol％。
另外，涂層中樹脂的含量?jī)?yōu)選為30-70vol％，更優(yōu)選為50-70vol％。而且在本發(fā)明中，固體潤(rùn)滑劑和熱固性樹脂的數(shù)量總和為100vol％。
通過(guò)如上所述設(shè)定組分的比率，則固體潤(rùn)滑劑就可以穩(wěn)固地保持在含有在高溫下具有良好伸長(zhǎng)率的軟樹脂的樹脂涂層中，從而可以獲得較好的抗咬合性和適應(yīng)性。
本發(fā)明的滑動(dòng)軸承的樹脂涂層優(yōu)選進(jìn)一步包括摩擦調(diào)節(jié)劑和/或其中結(jié)合的極壓添加劑。極壓添加劑的例子包括含硫的金屬化合物例如ZnS、Ag2S、CuS、FeS、FeS2、Sb3S2、PbS、Bi2S3和CdS；含硫化合物例如二硫化四甲秋蘭姆、二硫化嗎啉、連二硫酸鹽、硫化物、亞砜、磺酸鹽、硫代亞膦酸鹽、硫代碳酸鹽、二硫代氨基甲酸鹽、烷基硫代氨甲酰和烯烴硫化物；基于鹵素的化合物例如氯代烴；硫代磷酸鹽例如二硫代磷酸鋅；基于有機(jī)金屬的化合物例如硫代氨基甲酸鹽；以及有機(jī)鉬化合物例如二硫代磷酸鉬和二硫代氨基甲酸鉬(molybdenum dithiocarbiminate)。另外，極壓添加劑的平均顆粒直徑優(yōu)選為5μm或更小，更優(yōu)選為2μm或更小。在加入極壓添加劑的情況下，上述固體潤(rùn)滑劑的容積比例30-70vol％中優(yōu)選被0.5-10vol％，特別被1-5vol％數(shù)量的極壓添加劑所替代。
加入極壓添加劑使得即使在造成暫時(shí)固體接觸的不充分潤(rùn)滑條件下或者在不均勻接觸等情況下，也可以獲得足夠的耐磨耗性或抗咬合性。作用機(jī)理并未確定，但假設(shè)是在樹脂涂層中由于通過(guò)暫時(shí)固體接觸的摩擦熱或剪切應(yīng)力而容易破裂的條件下，分散在樹脂涂層中的極壓添加劑有效地作用于樹脂涂層。換句話說(shuō)，假設(shè)是由于固體潤(rùn)滑劑和其膜中含有的極壓添加劑穩(wěn)固地留住了油并且界面的潤(rùn)滑被膜難以破裂，故得到了光滑的滑動(dòng)表面并且因此可以保持抗咬合性和耐磨耗性。
摩擦調(diào)節(jié)劑的例子包括氧化物例如CrO2、Fe3O4、PbO、ZnO、CdO、Al2O3、SiO2和SnO2等，以及化合物例如SiC和Si3N4等。在加入摩擦調(diào)節(jié)劑的情況下，上述固體潤(rùn)滑劑30-70vol％中優(yōu)選被0.3-10vol％，特別被0.5-5vol％數(shù)量的摩擦調(diào)節(jié)劑所替代。通過(guò)加入摩擦調(diào)節(jié)劑使得可以提高耐磨耗性。特別地，摩擦調(diào)節(jié)劑與極壓添加劑的結(jié)合使用促成了通過(guò)摩擦調(diào)節(jié)劑提高耐磨耗性與通過(guò)極壓添加劑保留潤(rùn)滑劑的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高了耐磨耗性。摩擦調(diào)節(jié)劑和極壓添加劑可以結(jié)合使用，在這種情況下的添加量，優(yōu)選的是該兩種組分的數(shù)量總和替代了基于30-70vol％的上述固體潤(rùn)滑劑當(dāng)中的0.3-10vol％，特別為0.5-5vol％。
本發(fā)明的涂層可以進(jìn)一步包括結(jié)合到其中的其他添加劑。
在本發(fā)明中，為了形成樹脂涂層，而制備具有上述組分溶于或分散于其中的涂覆液。在這種情況下，可以使用適宜數(shù)量的有機(jī)溶劑(稀釋劑)?？梢允褂萌魏斡袡C(jī)溶劑而沒(méi)有任何限定，只要其能調(diào)節(jié)樹脂的粘度以有助于混合并且能將其中使用的樹脂溶解。
例如，當(dāng)樹脂是聚酰胺-酰亞胺樹脂時(shí)，可以以基于100重量份上述組分的數(shù)量總和為100-300重量份的數(shù)量使用二甲苯、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲苯等。
在本發(fā)明中，可以通過(guò)如下方式獲得耐磨耗性和滑動(dòng)性能優(yōu)良的滑動(dòng)軸承將包括上述樹脂和固體潤(rùn)滑劑以及任選地摩擦調(diào)節(jié)劑和/或極壓添加劑的涂層涂敷到軸承合金層的表面上以形成涂層(樹脂涂層)。
作為將用作軸承基體材料的軸承合金，可以舉出銅合金、鋁合金等。軸承合金沒(méi)有特別限定其配方，但作為鋁系合金，可以優(yōu)選使用含有10wt％或更少數(shù)量的Cr、Si、Mn、Sb、Sr、Fe、Ni、Mo、Ti、W、Zr、V、Cu、Mg、Zn等，和20wt％或更少數(shù)量的Sn、Pb、In、Tl和Bi中的一種或多種的合金。屬于前一組的元素主要提供強(qiáng)度和耐磨耗性，同時(shí)，屬于后一組的元素主要提供適應(yīng)性。優(yōu)選前者和后者結(jié)合使用。
在軸承合金層上形成樹脂涂層的方法將在下文中描述。將軸承合金例如銅合金和鋁合金等形成滑動(dòng)軸承形狀的襯里，然后該襯里在堿性處理溶液例如苛性鈉中進(jìn)行脫脂處理，接著進(jìn)行沖洗和熱水清洗以除去粘附在其表面的堿。例如，當(dāng)必須提高膜的粘著性時(shí)，可以采用一種方法，其包括在脫脂后通過(guò)化學(xué)處理例如堿腐蝕法和酸清洗結(jié)合使襯里的表面粗糙，可以采用一種方法，其包括通過(guò)機(jī)械處理例如噴砂處理使襯里的表面粗糙，或者可以采用一種方法，其包括通過(guò)鉆孔在襯里表面形成凹凸等。當(dāng)必須進(jìn)一步提高膜的粘著性時(shí)，襯里的表面可以用磷酸鋅或磷酸鋅鈣化學(xué)涂層處理至0.1-5μm的厚度。底部處理例如鉆孔與化學(xué)涂層處理的結(jié)合使得可以獲得具有極高粘著性的樹脂涂層。
用熱空氣將已經(jīng)用熱水清洗的襯里干燥，將用合適稀釋劑稀釋的上述涂覆液用噴射法涂布到襯里上，然后在150℃-300℃下進(jìn)行干燥·燒結(jié)。當(dāng)這樣形成的膜的表面粗糙度太大時(shí)，要對(duì)襯里進(jìn)行平滑處理例如拋光。
除了上述噴射方法之外，通過(guò)輥轉(zhuǎn)印、滾磨、浸漬、刷涂、印刷等完成涂敷以形成樹脂涂層。樹脂涂層的厚度優(yōu)選為1-50μm。在其中涂層在鋁軸承合金等上制成的情況下，當(dāng)固化溫度超過(guò)230℃時(shí)，鋁軸承合金中Sn的生成能夠造成軸承性能的退化。在這種情況下，優(yōu)選使用在230℃或更低的固化溫度下具有最大拉伸硬度和伸長(zhǎng)率的樹脂。
實(shí)施例本發(fā)明將在下列實(shí)施例中進(jìn)一步描述，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1-5和比較例160vol％表1中列出的聚酰胺-酰亞胺樹脂(由Hitachi Chemical Co.，Ltd.生產(chǎn)(日立化成(株)制))、40vol％二硫化鉬作為固體潤(rùn)滑劑和合適數(shù)量的有機(jī)溶劑(N-甲基-2-吡咯烷酮)裝入球磨機(jī)，然后它們?cè)谀抢镞M(jìn)行研磨粉碎和混合3小時(shí)，以制備用于形成樹脂涂層的涂覆液。隨后，將由鋁合金(Al-11Sn-1.8Pb-1Cu-3Si)制成的襯里材料壓焊到背面鋼板上的半圓筒形軸承的表面進(jìn)行脫脂，然后通過(guò)噴砂處理變粗糙成1μm Rz的表面粗糙度。隨后，通過(guò)空氣噴射將上述涂覆液吹涂到軸承的表面至約6μm的膜厚度，然后加熱并在180℃-230℃固化約60分鐘進(jìn)行固化以形成樹脂涂層，從而生產(chǎn)出滑動(dòng)軸承(金屬用的覆蓋層)。
表1

為了評(píng)定如此獲得的各種軸承的性能，進(jìn)行初始適應(yīng)性測(cè)試和抗咬合性測(cè)試。
以下列方式進(jìn)行各種測(cè)試。
(1)初始適應(yīng)性測(cè)試用潤(rùn)滑劑5W-30SH在20MPa的負(fù)載和150℃和旋轉(zhuǎn)速度從1,300rpm～100rpm/600秒的逐漸減少的條件下測(cè)量摩擦系數(shù)的變化。
(2)抗咬合性測(cè)試用潤(rùn)滑劑5W-30SJ在29MPa的旋轉(zhuǎn)負(fù)載和150℃的潤(rùn)滑劑溫度下測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度在500rpm/30分鐘的速率下逐漸增加至最大8,000rpm期間咬合所需的旋轉(zhuǎn)數(shù)目。在該測(cè)試中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度增加時(shí)，軸承的溫度上升，耐熱性下降，從而使耐咬合性下降。換句話說(shuō)，由于造成咬合的旋轉(zhuǎn)數(shù)目越高，耐熱性越高，因此從該測(cè)試的結(jié)果判斷耐熱性。
正如從上述測(cè)試的結(jié)果中看出的那樣實(shí)施例1-5的滑動(dòng)軸承具有優(yōu)良的初始適應(yīng)性、抗咬合性和耐熱性。另外，使用其樹脂涂層由具有在高溫下顯著大的伸長(zhǎng)率和高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的樹脂的實(shí)施例3、4和5的滑動(dòng)軸承，具有顯著優(yōu)良的初始適應(yīng)性。相反，比較例的滑動(dòng)軸承，其樹脂涂層由具有在高溫下差的軟度和小伸長(zhǎng)率的聚酰胺-酰亞胺樹脂制成，所以具有明顯差的抗咬合性和初始適應(yīng)性。
盡管已經(jīng)詳細(xì)地并且參照其特定的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是在不偏離其精神和范圍下可以作各種變化和改進(jìn)。
本申請(qǐng)基于2003年2月17日提交的日本專利申請(qǐng)(日本專利申請(qǐng)?zhí)?003-038625)，其內(nèi)容在此引入作為參考。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的滑動(dòng)軸承具有優(yōu)良的初始適應(yīng)性和抗咬合性以及高的耐用性和耐熱性，并且因此可以用作汽車和其他工業(yè)機(jī)器的內(nèi)燃機(jī)，特別是高速發(fā)動(dòng)機(jī)用的滑動(dòng)軸承。
權(quán)利要求
1.一種滑動(dòng)軸承，包括形成于軸承合金層上的含有樹脂和固體潤(rùn)滑劑的涂層，特征在于所述涂層的樹脂是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為150℃-250℃的樹脂。
2.按照權(quán)利要求1所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂是聚酰胺-酰亞胺樹脂。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為180℃-220℃。
4.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂具有在25℃下為5％-60％或在200℃下為20％-120％的伸長(zhǎng)率。
5.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂具有在25℃下為10％-50％或在200℃下為50％-110％的伸長(zhǎng)率。
6.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述樹脂具有在25℃下為20％-30％或在200℃下為60％-90％的伸長(zhǎng)率。
7.按照權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中在涂層中上述固體潤(rùn)滑劑的含量為30-70vol％。
8.按照權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其中上述固體潤(rùn)滑劑是選自二硫化鉬、二硫化鎢、石墨和氮化硼中的至少一種。
9.按照權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的滑動(dòng)軸承，其在內(nèi)燃機(jī)中使用。
全文摘要
提供一種具有優(yōu)良的初始適應(yīng)性和抗咬合性以及高的耐用性和耐熱性的滑動(dòng)軸承。一種滑動(dòng)軸承，包括形成于軸承合金層上、含有樹脂和固體潤(rùn)滑劑的涂層，特征在于所述涂層的樹脂是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為150℃－250℃的樹脂，該樹脂在高溫下具有大的伸長(zhǎng)率。
文檔編號(hào)F16C33/20GK1697940SQ20048000016
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月17日
發(fā)明者川越公男, 橋爪克幸, 不破良雄 申請(qǐng)人:大豐工業(yè)株式會(huì)社